압력 용기 강재 선택 원칙

압력 용기용 강철이란 무엇인가요?

압력용기용 강재는 압력용기 제작에 사용되는 강재의 종류를 말합니다. 일반적으로 다음을 나타냅니다. 고강도 강철.

다양한 설계 및 제조 요구 사항을 충족하기 위해 탄소 및 저합금 고강도 등 강도 수준에 따라 여러 강종을 사용할 수 있습니다.

현재 중국에서 압력 용기로 사용할 수 있는 강재는 20R, 16MnR, 15MnVR, 15MnVNR, 18MnMoNbR의 5가지 강도가 있습니다.

압력 용기를 설계할 때는 용기의 합리적인 구조, 안전한 작동 및 경제적인 설계를 보장하기 위해 올바른 구조 재료를 선택하는 것이 필수적입니다.

압력 용기용 강재의 선택은 설계 압력, 설계 온도 및 장비에 저장될 매체의 특성을 기반으로 해야 합니다.

선택한 강철은 우수한 기계적 특성, 내식성, 우수한 용접 성능, 설계 조건에서 냉간 및 고온 가공 조건을 견딜 수 있는 능력을 갖춰야 합니다.

또한 장비의 전체 비용을 최소화하기 위해 가장 비용 효율적인 강철을 선택하는 것이 중요합니다.

1. 화학 및 석유화학 플랜트에서 일반적으로 사용되는 강철

화학 및 석유화학 플랜트에서 일반적으로 사용되는 철강은 화학 성분과 야금 구조에 따라 다음과 같이 분류 및 정의됩니다:

1. 탄소강

망간 함량이 1.2% 이하인 철-탄소 합금 및 a 탄소 함량 2.0% 이하의 강철은 다른 합금 원소를 의도적으로 첨가하지 않은 강철로 정의됩니다.

저탄소강은 탄소 함량이 0.25% 이하인 강철을 말합니다.

용접 목적으로 압력 구성 요소의 구성에 사용되는 강철의 탄소 함량은 0.25%를 초과해서는 안됩니다. 용접성.

따라서 일반적으로 압력 용기 용접에는 저탄소강이 사용됩니다.

여기에 언급된 탄소강은 재료 선택 가이드라인은 저탄소강을 의미합니다.

2. 저합금강

낮음 합금강 은 저합금 고강도 강철과 펄라이트 내열강을 모두 포괄하는 용어입니다.

저합금 고강도강은 강도와 전반적인 특성을 개선하도록 설계된 합금 함량이 3.0% 미만인 강철을 말합니다. 이러한 강철의 예로는 16MnR 및 15MnV가 있습니다.

3. 펄라이트 내열강

펄라이트 내열강은 다음을 첨가하여 내열성 및 내수소성을 개선하도록 설계된 저탄소 강을 말합니다. 합금 원소 크롬(Cr ≤ 10%) 및 몰리브덴 등. 이러한 강철의 예로는 18MnMoNb 및 15CrMo가 있습니다.

4. 오스테나이트 스테인리스 스틸

스테인리스 스틸은 강철 유형 상온에서 오스테나이트 야금 구조를 갖는 강철입니다. 이러한 강철의 예로는 Cr18Ni9 및 Cr17Ni12Mo2가 있습니다.

5. 페라이트계 스테인리스 스틸

페라이트계 스테인리스 스틸 은 상온에서 페라이트 미세 구조를 갖는 스테인리스강의 일종입니다. 이러한 강철의 예로는 Cr13Al이 있습니다.

6. 마르텐사이트 스테인리스 스틸

마르텐사이트 스테인리스 스틸 은 상온에서 마르텐사이트 미세 구조를 갖는 스테인리스강의 일종입니다. 이러한 강철의 예로는 Cr13이 있습니다.

압력 용기 제조에 사용되는 재료는 강철 압력 용기에 대한 GBT 150에 명시된 규정을 준수해야 합니다.

특정 강종의 사용 온도 상한은 허용 응력 표에 나열된 특정 허용 응력 값을 사용할 수 있는 최대 온도입니다.

화학적 조성, 상온 기계적 특성, 가용성 및 ASME-II에 명시된 것과 유사한 국내 강종의 기타 세부 정보는 관련 표준을 참조하세요.

2. 다양한 강재 선택에 대한 일반적인 원칙:

조달 및 제조 관점에서 볼 때 용기의 경우 다양한 종류와 사양의 강철을 사용하는 것이 바람직합니다.

(1) 탄소강:

선택 항목 Q235-A, F, Q235-A, Q235-B 및 Q235-C 강종은 GB150의 특정 조항을 준수해야 합니다.

벽 두께가 8mm 미만인 압력 부품의 경우, 탄소 강판 가 선호됩니다.

압력 구성 요소의 벽 두께가 강성에 영향을 미치는 경우 탄소강이 선호되는 옵션입니다.

(2) 저합금강:

벽 두께가 강도에 영향을 미치는 압력 부품의 경우 저탄소강과 저합금강을 순차적으로 선택하면서 적용 범위를 충족하는지 확인해야 합니다.

여기에는 20R, 16MnR, 15MnVR 등의 강판이 포함됩니다.

탄소강과 탄소망간강은 425℃에서 장시간 사용하면 강재 내 시멘타이트가 분해되어 탄화물상이 흑연화될 수 있으므로 사용하지 않아야 합니다. 이렇게 되면 재료의 강도, 가소성 및 충격 인성이 감소하여 부서지기 쉽고 사용하기에 부적합하게 됩니다.

대신 저탄소 펄라이트 내열강을 사용해야 합니다.

(3) 펄리틱 내열강:

펄라이트 내열강은 일반적으로 설계 온도가 350℃ 이상인 내열 또는 내수소 애플리케이션에 사용됩니다.

(4) 오스테나이트 계 스테인리스강:

오스테나이트 계 스테인리스 스틸은 주로 부식에 대한 내성이 필요하거나 철 이온이 없는 깨끗하고 오염되지 않은 재료가 필요한 조건에서 사용됩니다.

오스테나이트계 스테인리스 스틸은 설계 온도가 500℃ 이상인 내열강으로 사용해서는 안 됩니다.

오스테나이트 계 스테인리스강은 일반적으로 저온 용도에 저합금강을 선택할 수 없는 경우에만 저온 강으로 사용됩니다.

두께가 12mm 이상인 경우 오스테나이트 스테인리스강 복합강을 선호해야 합니다.

(5) 저온 강철:

저온 강재는 일반적으로 설계 온도가 -20℃ 이하(저응력 제외)인 애플리케이션에 선택해야 합니다.

취성 전이 온도 이하에서 강철을 사용하고 응력이 특정 값에 도달하면 취성 고장이 발생할 수 있습니다.

취성 고장을 방지하려면 재료가 사용 온도에서 일정 수준의 인성을 가져야 하며, 이는 충격 테스트를 통해 측정됩니다. 충격값 요구 사항은 재료의 인장 강도에 따라 지정됩니다.

인장 강도에 대한 요구 사항을 충족하는 것 외에도 항복 강도저온 강철은 충격 인성 요건도 충족해야 합니다.

(6) 부식 방지 강철:

수소 내식성 강철 - 펄라이트 내열강을 고온 수소 내식성 강철로 사용하는 경우 고온에서 장기간 사용하면 강철에 용해된 수소와 탄소 간의 화학 반응으로 인해 메탄이 축적되어 내부 균열이 발생하거나 균열이 생길 수 있습니다. 수소 취성).

따라서 고온 수소로 작업할 때는 재료의 수소 분압(설계 압력에 수소의 부피 비율을 곱한 값)과 설계 온도에 따라 넬슨 곡선을 확인하여 적합한 강종을 결정해야 합니다.

넬슨 곡선은 HG20581에서 확인할 수 있습니다.

(7) 비압력 부품용 강철:

GB150은 압력 용기용 강재를 명시하고 있지만 비압력 부품에 대한 서면 규정은 없습니다.

HG20581은 비압력 부품용 강재 선택에 대해 다음과 같은 규정을 제공합니다:

구성 요소의 서비스 온도, 중요도 및 압력의 하한을 기준으로 해당 계수 K1, K2 및 K3은 다음과 같이 선택됩니다:

고온 계수 K1:

T> 0℃, K1=1; 0℃≤T > -20℃, K1=2; -20℃≤T, K1=3.

중요도 계수 K2:

손상이 발생하면 장비에 국부적으로만 영향을 미칩니다(K2=1);

손상이 발생하면 전체 장비에 영향을 미칩니다(K2=2).

스트레스 수준 계수 K3:

낮은 스트레스 수준, K3=1;

스트레스 수준은 허용 스트레스의 2/3 이하(K3=2)입니다;

스트레스 수준이 허용 스트레스의 2/3(K3=3)보다 큽니다.

K= K1+ K2 + K3